国务院印发《气象高质量发展纲要》量子计算被深度融入气象应用

日前,国务院印发的《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》(以下简称《纲要》)提出,加强人工智能、大数据、量子计算与气象深度融合应用。《纲要》强调,要增强我国气象科技自主创新能力,“量子计算”作为关键核心技术被重点提及,其战略重要性不言而喻。

增强气象科技自主创新  量子计算不可或缺

在全球气候变暖背景下,我国极端天气气候事件增多增强,统筹发展和安全对防范气象灾害重大风险的要求越来越高。《纲要》提出,将国家经济社会发展,特别是相关重大战略部署对气象的要求落实到新阶段气象事业发展中。《纲要》还明确,到2025年,气象关键核心技术实现自主可控;到2035年,气象关键科技领域实现重大突破,以智慧气象为主要特征的气象现代化基本实现。

量子计算作为改变世界和颠覆千行百业的“催化剂”,它提供了解决极其复杂问题的机会。根据《纲要》要求,增强气象科技自主创新能力,加强量子计算与气象深度融合应用,才能使我国气象发展保持在国际前列。

量子计算与气象融合应用  各国积极探索布局

气象预测需要分析包括温度、湿度、风速风向和地磁等多个动态变量在内的大量数据,使用传统经典计算机开发数值天气和气候预测模型存在局限性,无法跟上不断变化的复杂天气。

量子计算是一种全新的计算模式,具有颠覆性的算力,通过将复杂问题进行矩阵转化、多参量并行最优化运算处理,彻底改变传统计算方式,获得更加实时、更加精准的结果。同时,通过特殊开发的量子人工智能算法,结合历史气象数据,将有助于气象灾害预测,减少损失。鉴于此,各国政府和企业都在积极布局和探索量子计算在气象领域的应用。

英国气象局已经在量子计算上投入了大量资金,以帮助改进预测。IBM研究院、 The Weather Company、美国大学大气研究联盟 (UCAR) 和美国国家大气研究中心(NCAR)合作开发一个快速更新的风暴尺度模型,可以在当地预测雷暴。他们的模型是第一个覆盖全球的模型,即使在服务最不足的地区也能提供高分辨率的预测。

美国Rigetti公司通过量子机器学习增强预测天气建模。该公司结合了经典和量子机器学习技术来生成高质量的合成天气雷达数据并改进风暴预测的经典模型。这项工作是在Rigetti的32量子位系统上进行的,证明了量子硬件的实际应用是触手可及的。

美国能源部商业主管Rima Kasia Oueid在今年3月IEEE Quantum召开的量子计算与气候变化峰会(IEEE Quantum Computing Climate Change Summit)上也探讨当今的量子计算如何应用于应对气候变化的相关问题。

加拿大、澳大利亚、日本等国也将量子计算作为应对气象问题的关键技术之一,投入了大量的资金和研发团队,挑战研发更具突破性的技术,探索拓展更多量子计算与气象领域的应用场景。

应需而变 中国量子企业进行时

我国气象科技创新已发展到跟跑和并跑并存的新阶段,国气象局党组书记、局长庄国泰表示,“我国在数值预报、灾害性天气监测预警等关键核心技术方面还存在差距,新一代信息技术在气象领域的深度融合应用不够等短板亟待补齐。”

在国家顶层政策推动下,加强量子计算与气象领域的深度融合,将很大程度上补齐短板。由浙江省政府、浙江大学和中国科技公司阿里巴巴集团共同建设的中国超级计算创新中心浙江实验室,其研究团队分析了长江三角洲地区大量有关温度、湿度、风力和卫星云图的气象数据,利用新开发的量子模拟器,将计算时间由304秒缩短到150 秒。

国内其他量子企业也尝试在气象领域开展融合应用。亚洲首家离子阱量子计算公司启科量子,积极探索利用离子阱量子技术与气象融合应用,并与相关气象部门开展紧密合作,利用离子阱量子计算技术的多项优势,如量子比特品质高、相干时间长、量子比特的制备和读出效率高等,积极开展研究。为气象行业的发展提供创新思路,共同探索并解决量子计算在气象预测及应对气候变化方面的相关问题。

目前,量子计算技术虽然处于发展早期阶段,但潜力巨大,加强量子计算与气象深度融合应用,将为我国发展精细气象服务系统,打造气象信息支撑系统注入强大动力。